tổ chức dạy học stem chủ đề từ trường vật lí 12 theo chương trình giáo dục phổ thông 2018

Theo thông tư số 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26 tháng 12 năm 2018 của Bộ trưởng Bộ giáo dục và Đào tạo GD&ĐT về việc ban hành Chương trình giáo dục GD phổ thông mới, Trong đó viết: “GD khoa họ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN THỊ THÙY VÂN

TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “TỪ TRƯỜNG” – VẬT LÍ 12 THEO CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG 2018

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MÔN VẬT LÍ

Mã số: 8140211.01

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS LÊ CHÍ NGUYỆN

HÀ NỘI – 2023

ii

LỜI CẢM ƠN

Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các Thầy, Cô giảng viên Khoa sư phạm, Trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà nội đã giảng dạy và trang bị cho em những kiến thức cơ bản cho em trong học tập và nghiên cứu luận văn

Em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Lê Chí Nguyện, thầy đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Em xin được gửi lời cảm ơn tới các Thầy, Cô giáo và các em học sinh trường Trung cấp nghề cơ khí xây dựng – Gia lâm đã hỗ trợ cho em tổ chức thành công quá trình thực nghiệm sư phạm

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân và bạn bè đã luôn giúp đỡ, động viên em hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, Tháng 06 năm 2023

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thùy Vân

iii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 4

1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu về giáo dục STEM 5

1.1.1 Nghiên cứu giáo dục STEM trên thế giới 5

1.1.2 Ở Việt Nam 7

1.2 Giáo dục STEM trong dạy học 9

1.2.1 Khái niệm về dạy học STEM 9

1.2.2 Mục tiêu về dạy học STEM 10

1.2.3 Đặc trưng của bài học STEM 11

1.3 Giáo dục STEM trong môn Vật lí thuộc lĩnh vực STEM cấp THPT 12

1.4 Chu trình STEM 14

1.5 Dạy học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật 16

1.6 Quy trình dạy học STEM dựa trên hoạt động thiết kế kỹ thuật trong Vật lí 19

1.7 Biểu hiện về kỹ năng của học sinh trong thực hiện chủ đề STEM 21

1.8 Thực trạng việc dạy học học STEM ở một số trường THPT trên địa bàn Hà Nội 22

1.8.1 Mục đích điều tra 22

1.8.2 Phương pháp điều tra : 22

1.8.3 Kết quả điều tra : 22

iv

2.2 Xây dựng chủ đề dạy học Vật lí theo GD STEM 27

2.2.1 Chủ đề STEM động cơ điện một chiều 27

2.2.2 Tiêu chí đánh giá 47

Kết luận chương 2 49

CHƯƠNG 3 : THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 51

3.1 Mục đích, nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 51

3.2 Đối tượng, nội dung và thời gian thực nghiệm sư phạm 51

3.3 Tiến trình thực nghiệm sư phạm 52

3.4 Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm 53

Kết luận chương 3 57

KẾT LUẬN 58

PHỤ LỤC

v

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.2 : Biểu hiện về kĩ năng của học sinh trong thực hiện chủ đề

STEM……… 21 Bảng 2.1 : Các tiêu chí đánh giá……… 47 Bảng 3.1: Thống kê tỉ lệ % kết quả đánh giá năng lực học chủ đề ‘‘Động cơ

điện một chiều’’của HS 53 Bảng 3.2: Thống kê tỉ lệ % kết quả đánh giá năng lực học chủ đề ‘‘Điện gió’’

của HS 54 Bảng 3.3: Thống kê tỉ lệ % kết quả đánh giá năng lực học chủ đề ‘‘Ván Trượt’’

của HS 55

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 : Chu trình STEM 15Hình 3.1 : Đồ thị kết quả đánh giá năng lực học chủ đề ‘‘Động cơ điện một

chiều’’ 53Hình 3.2 : Đồ thị kết quả đánh giá năng lực học chủ đề điện gió 55Hình 3.3 : Đồ thị kết quả đánh giá năng lực học chủ đề ván trượt 56

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1.1: Quy trình thiết kế kỹ thuật (tài liệu Vụ Thpt – Bộ giáo dục, 2020) 16

Sơ đồ 1.2 Mô tả quy trình bài học……… 19

1

MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài

Trong bối cảnh toàn cầu hóa hiện nay với cuộc cách mạng 4.0 để đáp ứng xu thế phát triển và hội nhập thế kỉ XXI, nhiều nước trên thế giới đã rất quan tâm đến vấn đề đổi mới giáo dục phổ thông

Trong những năm gần đây, công cuộc đổi mới giáo dục của nước ta đã thu hút được sự quan tâm của Đảng, Nhà nước và toàn xã hội Hiện nay, ngành giáo dục đang tích cực thực hiện đổi mới mạnh mẽ, đồng bộ, toàn diện cả về đổi mới mục tiêu, đổi mới nội dung, đổi mới phương pháp dạy học, phương pháp kiểm tra đánh giá kết quả học tập, phương tiện dạy học của học sinh để tạo ra những nhân tố lao động mới mà xã hội đang cần Đó là người lao động có khả năng đáp ứng được những nhu cầu của sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Theo thông tư số 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26 tháng 12 năm 2018 của Bộ trưởng Bộ giáo dục và Đào tạo (GD&ĐT) về việc ban hành Chương trình giáo

dục (GD) phổ thông mới, Trong đó viết: “GD khoa học tự nhiên giúp HS dần

hình thành và phát triển năng lực (NL) khoa học tự nhiên qua quan sát và thực nghiệm, vận dụng tổng hợp kiến thức, kĩ năng giải quyết các vấn đề trong cuộc sống, đồng thời cùng các môn Toán, Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học thực hiện GD STEM” Mục tiêu của GD STEM tương đồng với mục tiêu

của CT GDPT mới nhưng việc đưa STEM vào giảng dạy cũng gặp nhiều bất cập như: Quy định thi cử, Đánh giá chất lượng GD chưa phù hợp, sự hạn chế về nhận thức và kĩ năng của đội ngũ giáo viên…

Bên cạnh đó, do đặc thù của môn Vật lí là môn khoa học thực nghiệm nên trong quá trình tiến hành dạy và học STEM chúng ta cần đẩy mạnh các hoạt động nghiên cứu và tìm hiểu các ứng dụng của sản phẩm trong thực tế của học sinh trong quá trình học tập thông qua việc giao nhiệm vụ cho học sinh tìm hiểu các cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, ứng dụng và chế tạo thí nghiệm … Thông

2 qua việc dạy và học STEM giúp HS kích thích sự tò mò, sáng tạo, tăng tính hứng thú học tập của HS và giúp HS hiểu sâu hơn về các môn khoa học, tạo sự liên kết kiến thức liên môn

Thực tế việc dạy học ở nhiều trường phổ thông cho thấy nhận thức của phần lớn GV ở trường phổ thông coi GD STEM như một hoạt động GD ngoại khóa, quan niệm như thế là chưa đầy đủ, cho nên việc triển khai dạy học STEM sẽ khó đạt được mục tiêu để ra của Bộ giáo dục và đào tạo

Từ những lí do nêu trên tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Từ trường” – Vật lí 12 theo chương trình giáo dục phổ thông 2018”

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu tổ chức dạy học chủ đề STEM kiến thức về “từ trường” theo chương trình giáo dục phổ thông 2018 nhằm bồi dưỡng kĩ năng vận dụng kiến thức Vật lý vào thực tiễn của học sinh THPT

3 Giả thiết khoa học

- Nếu tổ chức được tiến trình dạy học các chủ đề STEM phỏng theo quy trình thiết kế kĩ thuật, thì bồi dưỡng được các kĩ năng vận dụng kiến thức Vật lý vào giải quyết các vấn đề thực tiễn

4 Khách thể và đối tượng nghiên cứu

4.1 Khách thể nghiên cứu

-Quá trình tổ chức dạy và học chủ đề STEM của học sinh ở trường THPT - Sự phát triển năng lực của HS trong và sau khi học

4.2 Đối tượng nghiên cứu

- Hoạt động dạy học STEM một số phần kiến thức “Từ trường” Vật lí 12 -Quá trình dạy và học Vật lí theo GD STEM nhằm phát triển năng lực HS lớp 12

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

3 Đề tài tập chung vào nghiên cứu các vấn đề cơ bản sau: - Nghiên cứu tài liệu về giáo dục STEM để xây dựng quy trình (tiến trình) dạy học nhằm phát triển năng lực của học sinh

- Tổ chức dạy thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi của quy trình dạy học

- Đánh giá năng lực học sinh trong và sau khi học thực nghiệm sư phạm

6 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi khảo sát: Lớp 12 trường THPT địa bàn Hà Nội - Phạm vi nội dung: tổ chức dạy học theo định hướng STEM chủ đề từ trường nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức Vật lý vào thực tiễn của HS THPT

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

8 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp nghiên cứu lý luận:

+Nghiên cứu các bản liên quan đến đề tài, do Bộ giáo dục ban hành +Nghiên cứu các tài liệu về dạy học phát triển năng lực và chương trình giáo dục phổ thông 2018

+ Nghiên cứu cơ sở lí luận của dạy học STEM trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông

4 + Nghiên cứu cơ sở lí luận về quy trình dạy học STEM

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn (điều tra, quan sát, nghiên cứu sản

phẩm, chuyên gia) + Nghiên cứu việc dạy và học Vật lí tại trường THPT + Nghiên cứu các sản phẩm từ các nghiên cứu trước đây + Tham khảo các ý kiến của chuyên gia

+ Phương pháp thực nghiệm sư phạm:

Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của tiến trình dạy và học chủ đề STEM về “Từ trường”

+ Phương pháp thống kê toán học: Xử dụng phần mềm Excel phân tích

kết quả của thực nghiệm sư phạm

9 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, cấu trúc luận văn gồm có 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài Chương 2: Xây dựng tiến trình dạy học chủ đề STEM kiến thức về “Từ trường”- Vật lý 12

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

5

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu về giáo dục STEM

1.1.1 Nghiên cứu giáo dục STEM trên thế giới [9] [10]

Ngày nay trên thế giới, các nhà nghiên cứu, nhà giáo dục đều nhận thấy giáo dục STEM đóng vai trò thiết yếu trong giáo dục tiên tiến hiện nay STEM là viết tắt của Science (khoa học), Technology (công nghệ), Engineering (kĩ thuật), Math (toán học) Giáo dục STEM về bản chất là sự kết hợp, bổ trợ cho nhau giữa các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học Các nguyên tắc chính để phát triển giáo dục STEM trên thế giới như sau:

Được đề xuất bởi Bybee và trình bày trong khung cấu trúc năng lực khoa học của PISA 2012, để thúc đẩy học sinh học, áp dụng và tiếp tục khám phá kiến thức STEM, các chủ đề phải liên quan đến các lĩnh vực cá nhân, xã hội và bối cảnh toàn cầu ngoài ra thay vì đưa một chương trình giảng dạy STEM quy mô thống nhất vào các trường học, việc sử dụng các môđun giảng dạy ngắn làm nền tảng cho việc giới thiệu định hướng tích hợp trong giáo dục STEM là khả thi và thuận lợi hơn

Quan niệm của Moore và Smith về tích hợp kĩ thuật và công nghệ đã được áp dụng vào các hoạt động dạy học theo STEM để tăng cường mối liên hệ giữa các yếu tố S, T, E, M một cách có chủ đích Theo hướng tiếp cận này, mục tiêu dạy học STEM không chỉ là kiến thức khoa học và công nghệ, mà chính là kĩ thuật thiết kế hay cách giải quyết vấn đề như một phương pháp sư phạm để giúp học sinh học nội dung Bằng cách sử dụng quy trình 6E, học sinh sẽ tham gia vào khám phá, giải thích kỹ thuật, mở rộng và đánh giá đối với cách giải quyết của chính họ cho các vấn đề trong các chủ đề, ở đó đòi hỏi vận dụng kiến thức toán học và khoa học

6 Để nâng cao kết quả học tập của HS, khi thiết kế hoạt động STEM cần phải tuân thủ nguyên tắc lấy người học làm trung tâm với sự hỗ trợ của công nghệ

Hợp chủng quốc Hoa Kì là quốc gia khởi nguồn và rất coi trọng giáo dục STEM Tháng 11/2009, giáo dục STEM được thúc đẩy mạnh mẽ thông qua chiến dịch “Giáo dục vì sự đổi mới” (Educate to Innovate) do tổng thống Hoa Kì Obama phát động với mục đích thúc đẩy, truyền cảm hứng cho học sinh và đưa học sinh lên vị trí hàng đầu trong các môn Toán, Khoa học, Kĩ thuật, Công nghệ để thay đổi tình trạng hầu hết học sinh trung học phổ thông không thành thạo về toán học và khoa học và nhiều giáo viên thiếu chuyên môn về lĩnh vực này

Tại Anh chương trình giáo dục STEM được sử dụng là giáo trình khoa học Thế kỉ XXI Đây là chương trình được thiết kế nhằm nâng cao, phát triển sự hiểu biết khoa học của các thế hệ trẻ trong tương lai

Ở Canada, tỉ lệ sinh viên tốt nghiệp theo học các chương trình STEM đứng thứ 12 trong 16 nước ngang bằng, với 21,2% thấp hơn các nước như Pháp, Đức, Áo nhưng lại cao hơn Hoa Kì Đồng thời Canada cũng thành lập các quỹ học bổng để thúc đẩy các lĩnh vực STEM cho sinh viên Mục tiêu giáo dục STEM tại Canada là để đào tạo nguồn lao động có trình độ khoa học và công nghệ

Giáo dục STEM ở Singapore nhấn mạnh vai trò quan trọng của khoa học và được thực hiện dựa trên mô hình xoắn ốc mà các khái niệm được giới thiệu ở cấp tiểu học được đào sâu hơn ở cấp trung học cơ sở và sau đó là cấp trung học phổ thông

Trong tuyên bố Melbourne về mục tiêu giáo dục cho thanh niên Úc năm 2008 Bộ trưởng Bộ Giáo dục Úc nhận định rằng, sự đọc thông viết thạo, khả năng tính toán và kiến thức về các môn học chính là nền tảng của việc học tập cho thanh niên Úc Ngoài ra các trường học ở Úc nên hỗ trợ phát triển các kĩ năng trong các lĩnh vực liên ngành, tư duy phản biện và tư duy sáng tạo, giải quyết vấn đề và kĩ thuật số, đây là những yếu tố rất quan trọng cho mọi nghề

7 nghiệp trong thế kỉ XXI Điều này trở thành mục tiêu chính của “Chiến lược quốc gia về giáo dục nhà trường STEM” 2016-2026 của Úc Chiến lược giáo dục STEM của Úc tập trung vào việc đảm bảo rằng tất cả thanh niên đều được trang bị những kĩ năng và kiến thức STEM cần thiết để thành công mà Bộ trưởng Bộ Giáo dục Úc đã thông qua vào cuối năm 2015 (Hội đồng Giáo dục Úc,2015) Chiến lược giáo dục STEM của Úc được đưa ra nhằm giải quyết nhu cầu việc làm STEM tương lai trong nước Người ta dự đoán có sự tăng trưởng 14% việc làm trong các ngành chuyên môn về khoa học và kĩ thuật và 20% trong các ngành dịch vụ chăm sóc sức khỏe từ năm 2015 đến năm 2020 [8]

Ở Thái Lan, giáo dục STEM được viện khoa học và kĩ thuật giảng dạy đưa ra vào năm 2014 sau khi quan sát và dự báo về lực lượng lao động cần thiết cho thế kỉ XXI Giáo dục STEM nhấn mạnh sự cần thiết phải chuẩn bị cho thanh niên không chỉ có kiến thức và kĩ năng về khoa học và công nghệ, mà còn có thể áp dụng các kiến thức trong cuộc sống và nghề nghiệp của họ để đáp ứng nhu cầu của lực lượng lao động thế kỉ XXI [5]

1.1.2 Ở Việt Nam [1] [2] [3] [4]

Với nhu cầu của người học là khác nhau, giáo dục STEM ở Việt Nam được hiểu và triển khai theo những cách khác nhau Để đáp ứng được điều này các nhà giáo dục đặc biệt quan tâm đến nguồn nhân lực, sự phát triển khoa học và công nghệ Người làm chương trình giáo dục STEM theo cách nâng cao vai trò, vị trí, sự phối hợp giữa các môn học trong chương trình đồng thời có sự kết nối chặt chẽ giữa kiến thức học đường với thế giới thực, nhằm giải quyết các nhu cầu của người lao động trong cuộc sống để nâng cao hứng thú học tập, hình thành và phát triển năng lực và phẩm chất cho học sinh

Trong dự án thí điểm “Áp dụng phương pháp tiếp cận STEM của Anh vào bối cảnh Việt Nam trong năm 2016-2017” của hội đồng Anh tại Việt Nam và Bộ giáo dục và Đào tạo Việt Nam đã nhắm tới 15 trường trung học cơ sở công

8 lập, dân lập và trường trung học phổ thông tại 5 tỉnh miền Bắc gồm Hà Nội, Hải Dương, Nam Định, Hải Phòng và Quảng Ninh Mục tiêu của dự án là:

- Xây dựng năng lực, áp dụng cách tiếp cận STEM cho giáo viên và các lãnh đạo nhà trường nhằm nâng cao thành tích học tập và năng lực thực hành của học sinh

- Xây dựng sách giáo khoa, đổi mới sách giáo khoa và phương pháp giảng dạy theo phương pháp STEM và phát triển tài liệu học tập STEM - Thiết kế các hoạt động ngoại khóa STEM (ví dụ câu lạc bộ khoa học, cuộc thi khoa học, đại sứ STEM, tài liệu học STEM, trại hè STEM… để khuyến khích sự tham gia của các tổ chức xã hội khác nhau vào giáo dục STEM) [5]

Dự án đã thực hiện thành công, mặc dù giáo dục STEM được lan rộng nhưng vẫn triển khai theo hình thức các hoạt động ngoại khóa trong một số trường và chưa được mở rộng đến chương trình giáo dục quốc gia Việt Nam Giáo dục STEM được phát triển mạnh ở các trung tâm giáo dục tư nhân với mô hình đa dạng, cách thức triển khai phong phú bắt kịp được xu hướng hiện nay và ở các trường phổ thông còn gặp nhiều bất cập

Trong chương trình giáo dục phổ thông 2018 mô tả: giáo dục STEM là giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn giúp học sinh vận dụng kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào thực tiễn sao cho phù hợp Đặc biệt giáo dục khoa học tự nhiên giúp học sinh dần hình thành, phát triển năng lực qua quan sát và thực nghiệm đồng thời vận dụng tổng hợp kiến thức Toán học, Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học và kĩ năng giải quyết vấn đề trong giáo dục STEM Như vậy, giáo dục STEM theo định hướng dạy học là lấy học sinh làm trung tâm và cần có sự liên kết được các lĩnh vực khoa học, công nghệ, xã hội dựa trên ngôn ngữ toán học để tạo được mối quan hệ thống nhất giữa ba

9 môi trường là tự nhiên, xã hội và nhân tạo để đáp ứng được nhu cầu của con người

Đặc biệt theo thông tư số 10/2009/TT- BGDĐT ngày 07/05/2009; thông tư số 15/2009/TT- BGDĐT ngày 16 tháng 07 năm 2009; thông tư số 01/2010/TT- BGDĐT ngày 18 tháng 01 năm 2010 của Bộ Giáo dục và Đào tạo thì trong nhà trường từ cấp tiểu học đến trung học phổ thông hiện nay đã được trang bị các thiết bị tối thiểu phục vụ việc dạy học các môn học, và tùy điều kiện các trường có thể trang bị thêm các thiết bị khác Theo quyết định số 4045/QĐ- BGDĐT ngày 16 tháng 09 năm 2010 do Bộ giáo dục và Đào tạo ban hành, các nhà trường cần đẩy mạnh và phát triển các hoạt động tự làm thiết bị dạy học thành một hoạt động sư phạm thường xuyên và các thiết bị dạy học tự làm phải đảm bảo nội dung chất lượng, hiệu quả phục vụ giảng dạy, đồng thời giảm được ngân sách nhà nước chi cho mua sắm trực tiếp các thiết bị dạy học khi thiết kế dạy học tự làm thay thế được [5]

1.2 Giáo dục STEM trong dạy học

1.2.1 Khái niệm về dạy học STEM

STEM là thuật ngữ được viết tắt từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học) Giáo dục STEM được rất nhiều các tổ chức, các nhà giáo dục, nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm tới và đặt mục tiêu cho sự phát triển Bản chất của giáo dục STEM được hiểu là trang bị cho người học những kiến thức, kĩ năng về các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học và là sự tích hợp (liên môn), lồng ghép, bổ trợ cho nhau giúp cho người học không những có sự hiểu biết về khoa học mà còn vận dụng các kiến thức kĩ năng vào thực tiễn tạo ra được những vật dụng để phục vụ cho cuộc sống trong bối cảnh cụ thể

Science (Khoa học): Người học được trang bị những kiến thức, kĩ năng khoa học về Vật lí, Hóa học, Sinh học và Khoa học trái đất điều này nhằm giúp

10 cho học sinh không những hiểu biết về thế giới tự nhiên mà còn vận dụng được các kiến thức, kĩ năng để giải quyết các vấn đề ngoài thực tiễn một cách hợp lí Technology (Công nghệ): Là lĩnh vực nhằm phát triển khả năng hiểu, sử dụng, quản lý và đánh giá công nghệ của người học Nó giúp cho người học hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào và sự vận dụng công nghệ vào cuộc sống hằng ngày của mỗi cá nhân, cộng đồng

Engineering (Kĩ thuật): Một lĩnh vực phát triển sự hiểu biết của HS về cách công nghệ phát triển thông qua quy trình thiết kế kỹ thuật Quá trình thiết kế kỹ thuật cung cấp cho HS cơ hội tích hợp kiến thức của nhiều môn học Ngoài ra, kỹ thuật cung cấp cho HS kỹ năng vận dụng sáng tạo các cơ sở khoa học và toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, hệ thống hoặc xây dựng quy trình sản xuất

Maths (Toán): Là lĩnh vực nghiên cứu trừu tượng về cấu trúc, trật tự và quan hệ, được phát triển từ cơ bản cho đến phức tạp, các mô hình toán học giúp biểu diễn và phân tích hầu hết các đối tượng trong thế giới vật chất.Điều này nhằm phát triển khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng của học sinh một cách hiệu quả thông qua tính toán và giải quyết các vấn đề toán học đặt ra trong ngữ cảnh

Như vậỵ, giáo dục STEM về bản chất là trang bị cho người học kiến thức, khả năng vận dụng kiến thức đó, kĩ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán học.Giáo dục STEM giúp rút ngắn khoảng cách từ nhà trường đến thực tiễn cuộc sống, tạo ra những con người năng động, sáng tạo, đam mê khoa học và sử dụng trí óc của mình mang lại cho cuộc sống các sản phẩm chất lượng như đẹp, nhỏ, gọn và dễ sử dụng và ít bị lặp lại

1.2.2 Mục tiêu về dạy học STEM

Mục tiêu về dạy học STEM được xác định dựa trên cơ sở phân tích các thông tin về chủ đề STEM cần được triển khai Tùy thuộc vào hình thức, mức độ triển khai, đối tượng học sinh và cơ sở vật chất của nhà trường mà mục tiêu

11 đưa ra có thể là khác nhau về số lượng và mức độ Tuy nhiên, cần đảm bảo mục tiêu phát triển năng lực đặc thù trong các bộ môn STEM, phát triển năng lực cốt lõi, định hướng nghề nghiệp

- Phát triển năng lực đặc thù của các môn học về STEM cho HS: là phát triển tư duy STEM thể hiện tinh thần giáo dục liên môn giữa các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học Đặc biệt, biết vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn một cách hợp lý nhất

- Phát triển các năng lực cốt lõi của HS: Bên cạnh sự hiểu biết các kiến thức về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học và sự vận dụng các kiến thức liên môn đó thì HS còn được trải nghiệm từng bước để phát triển năng lực của bản thân như năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác… Trong đó hoạt động hợp tác không thể thiếu bởi mỗi thành viên trong nhóm có cơ hội phát huy thế mạnh riêng để hoàn thành nhiệm vụ chung được giao

- Định hướng nghề nghiệp của HS: Giáo dục STEM tạo lên các hoạt động gắn kết giữa nhà trường, gia đình và xã hội nhằm trang bị cho HS các kiến thức, hình thành năng lực định hướng nghề nghiệp từ đó giúp HS lựa chọn nghề nghiệp phù hợp với năng lực, tính cách, sở thích, quan niệm sống, phù hợp với điều kiện, hoàn cảnh gia đình và nhu cầu xã hội để đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước ngày càng giàu mạnh

1.2.3 Đặc trưng của bài học STEM

- Bài học STEM phải gắn liền với các tình huống thực tiễn và các tình huống đó phải phù hợp với HS về khả năng nhận thức, tính cách, sở thích, quan niệm sống, điều kiện hoàn cảnh gia đình…

12 - Bài học STEM dẫn HS vào chuỗi hoạt động tìm tòi, khám phá có “kết

thúc mở” Trong các bài học STEM, con đường học tập có kết thúc mở, các thử nghiệm khoa học sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau cho kết quả chưa chắc giống nhau, có thể mắc sai lầm, chấp nhận học sai lầm và thử lại Trong quy trình bài học, các nhóm học sinh thử nghiệm các ý tưởng dựa trên nghiên cứu của mình Sự tập trung của HS là phát triển các giải pháp Bài học STEM không quá ràng buộc về kiến thức, kĩ năng, điều ràng buộc (nếu có) chỉ là những vật liệu được cung cấp sẵn hoặc cách giới hạn điều kiện sản phẩm “Việc giới hạn nguồn lực tạo ra sản phẩm không làm hạn chế tính sáng tạo của người học mà làm tăng khả năng thích ứng với việc giải quyết vấn đề trong một hoàn cảnh cụ thể của nhà trường” [5]

- Bài học STEM thường được mô phỏng theo quy trình thiết kế kĩ thuật Xuất phát từ một tình huống, vấn đề do GV nêu ra, HS xác định được vấn đề cần giải quyết, xây dựng một mô hình lý thuyết (mô hình tưởng tượng) Từ đó dựa theo quy trình mà các nhà khoa học, các kĩ sư đã làm chuyển mô hình tưởng tượng thành mô hình thực nghiệm (mô hình vật chất) để giải quyết vấn đề [6]

- Bài học STEM hướng tới việc phát triển năng lực cho HS Bài học STEM tạo cơ hội cho HS vận dụng kiến thức, kĩ năng ở nhiều lĩnh vực khác nhau vào quá trình giải quyết tình huống thực tiễn, “chuyển hóa” kiến thức, kĩ năng thành NL Đồng thời, nhờ quá trình giải quyết tình huống, HS tích lũy dần dần các kiến thức, kĩ năng mới - tự phát triển năng lực của bản thân [6]

1.3 Giáo dục STEM trong môn Vật lý thuộc lĩnh vực STEM cấp THPT

 Mục tiêu môn Vật lí

13 Ở cấp THPT giáo dục Vật lí đã và đang tiếp tục phát triển ở mức cao hơn, tạo cho HS có cơ hội phát triển ý thức, trách nhiệm sống và cách ứng xử thông qua các năng lực Vật lí mà HS đã tích lũy được sau khi kết thúc trung học cơ sở Từ đó, thông qua việc học tập môn Vật lí HS có cơ hội tự rèn luyện ý thức lao động, an toàn lao động, tác phong làm việc cẩn thận, chỉnh chu và nghiêm túc cho HS Sau khi kết thúc chương trình giáo dục Vật lí ở THPT, HS đã hiểu biết về đại cương và có định hướng nghề nghiệp liên quan đến môn học như : Thiên văn học, Quang học lượng tử, Vật lí môi trường, Năng lượng hạt nhân, Cơ điện tử, Vật liệu nano, Tự động hóa, Y học vật lí

 Nội dung giáo dục môn Vật lí Nội dung THPT được biên soạn chi tiết dựa trên các hệ thống vật lí từ mạch logic đơn giản đến phức tạp Việc tiếp thu kiến thức được thực hiện đồng thời với hoạt động nghiên cứu theo quy trình khoa học của học sinh

Nội dung Vật lí trong chương trình học được vận hành xung quanh các nguyên lí, định nghĩa và khái niệm chung của thế giới tự nhiên : đa dạng, cấu trúc, hệ thống, chuyển động và thay đổi, tương tác với thế giới tự nhiên và một số tính chất, tư tưởng như tính tương đối, tính tương tự, tính bảo toàn trong sự vận động và phát triển của thế giới vật chất

Trong môn Vật lí có những nội dung cơ bản, cốt lõi và phổ thông mà học sinh nào cũng phải học Ngoài ra, theo yêu cầu của từng địa phương và khu vực có những nội dung chuyên môn cụ thể, đáp ứng nguyện vọng và sở thích của học sinh

Các chủ đề trong môn Vật lí : Vật lí trong một số ngành nghề, Trái đất và bầu trời, Vật lí với giáo dục và bảo vệ môi trường, truyền thông tin qua sóng vô truyến, trường hấp dẫn, mở đầu về điện tử học, dòng điện xoay chiều, Một số ứng dụng của vật lí trong ngành y, Vật lí lượng tử

14

 Giáo dục STEM trong Vật lí Đẩy mạnh và phát triển giáo dục STEM là một trong những thế mạnh của môn Vật lí trong chương trình giáo dục phổ thông mới gồm : (1) Giáo dục Vật lí thông qua giáo dục STEM có thể giúp học sinh hiểu được ý nghĩa và tầm quan trọng của môn học trong thực tế Với cách làm này học sinh cảm thấy hứng thú, quan tâm, tích cực học tập và làm việc hiệu quả (2) Ưu điểm của giáo dục Vật lí thông qua giáo dục STEM nằm ở việc hình thành và phát triển các kỹ năng sáng tạo, giải quyết vấn đề, khả năng thiết kế một cách tự nhiên, hợp lí và tránh ép buộc (3) Giáo dục Vật lí thông qua giáo dục STEM góp phần lớn vào giáo dục định hướng nghề nghiệp và tạo cơ hội cho học sinh khám phá, suy nghĩ về các lĩnh vực nghề nghiệp từ nhiều góc độ để học sinh có nhiều lựa chọn hơn (4) Giáo dục vật lí thông qua giáo dục STEM giúp phát triển năng lực nghiên cứu trong quá trình làm khoa học và kĩ thuật

Tận dụng sự hỗ trợ của cộng đồng và internet, giảng dạy Vật lí liên quan đến việc nghiên cứu các chủ đề STEM nhằm tạo ra các cơ hội trải nghiệm trong không gian và thời gian Giáo dục STEM trong giáo dục Vật lí được thực hiện thông qua các chủ đề dạy học, mạch nội dung, chủ đề học tập từ tiểu học đến trung học phổ thông như chế tạo thiết bị nâng hạ các vật dụng qua hệ thống đòn bẩy thủy lực, chế tạo máy bơm chạy bằng nước, xây dựng hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời, chế tạo hệ thống tự làm mát gia đình, xây dựng tài liệu hướng dẫn sử dụng hiệu quả dụng cụ lao động, các đề tài nghiên cứu các lĩnh vực cơ khí chế tạo, hệ thống nhúng, robot và máy thông minh Trong quá trình thực hiện chương trình, giáo dục STEM trong dạy học Vật lí sẽ tiếp tục được mở rộng bằng cách dạy các chủ đề liên môn giữa các bộ môn trong lĩnh vực STEM

1.4 Chu trình STEM

Giáo dục STEM là sự tích hợp, bổ trợ cho nhau, có mối quan hệ mật thiết với nhau giữa các lĩnh vực : Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học và Toán

15 học là lĩnh vực hỗ trợ cho Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật Mối quan hệ mật thiết này thể hiện thông qua chu trình STEM như sau :

Hình 1.1 : Chu trình STEM

Trong chu trình STEM, Khoa học (Science) được mô tả bởi một mũi tên từ Công nghệ (Technology) sang Tri thức (Knowledge) là quá trình sáng tạo ra kiến thức liên quan đến khoa học về thế giới tự nhiên dựa trên cơ sở công cụ toán và công nghệ Đứng trước thực tiễn với ‘Công nghệ’ hiện đại, kĩ thuật sử dụng toán và dựa vào kiến thức, các nhà khoa học với năng lực tư duy phản biện luôn đặt ra những câu hỏi cần nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ, đó là những câu hỏi khoa học Trả lời câu hỏi khoa học hoặc giải quyết các vấn đề khoa học sẽ phát minh ra các tri thức khoa học Còn kĩ thuật (Engineering) thì ngược lại với quá trình trên, cụ thể là được mô tả bởi một mũi tên từ Tri thức sang Công nghệ thể hiện quy trình kĩ thuật Các kĩ sư đã sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế, sáng tạo ra công nghệ mới giải quyết vấn đề trong cuộc sống Hai quy trình trên khép kín tạo thành một chu trình sáng tạo về khoa học và kĩ thuật Sau mỗi chu trình thì lượng kiến thức khoa học tăng lên và công nghệ cũng được phát triển theo Các lĩnh vực trong STEM có mối quan hệ mật thiết với nhau được thể hiện thông qua chu trình đó là mấu chốt để triển khai giáo dục STEM trong nhà trường dưới hình thức kết hợp liên môn, bổ trợ cho nhau sẽ triển khai và áp dụng trong chương trình GDPT 2018

16

1.5 Dạy học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật

- Thiết kế chương trình giảng dạy STEM dựa trên việc phân tích định hướng về nội dung, các loại chủ đề STEM, chủ đề nghiên cứu chính và các yêu cầu cần đạt, nhiệm vụ cần đạt của học sinh, những nội dung kết hợp với các môn học STEM Trên cơ sở này, giáo viên xây dựng mục tiêu bài học/chủ đề STEM, lựa chọn các Quy trình, kĩ thuật dạy học lập kế hoạch, tiến trình và tổ chức dạy và học Đã có khá nhiều nghiên cứu quy trình dạy học STEM: Quy trình tìm tòi khám phá ; Quy trình 6E, 4C ; Quy trình Trial, Quy trình dựa trên hoạt động thiết kế kỹ thuật [5]

Trong nghiên cứu này tác giả lựa chọn, Quy trình dựa trên hoạt động thiết kế kỹ thuật (Sơ đồ 1.1)

Sơ đồ 1.1: Quy trình thiết kế kỹ thuật (tài liệu Vụ Thpt – Bộ giáo dục,

2020)

17

Xác định vấn đề : Trong quy trình thiết kế kĩ thuật hoạt động xác định

vấn đề là điều đầu tiên HS cần làm để giải quyết vấn đề, lúc này là cần làm rõ chính xác vấn đề là gì, ta cần thật sự hiểu, chúng ta cần làm gì ? cái gì là thách thức? những điều kiện giới hạn nào ảnh hưởng đến giải pháp cụ thể Ở bước này HS sẽ đi xác định vấn đề là gì? Xác định các tiêu chí cần đạt được ? Xác định giới hạn ảnh hưởng đến giải pháp cụ thể về thời gian, nguyên vật liệu và điều kiện môi trường Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải phát Ở HĐ2 này HS cần tìm hiểu các kiến thức cần thiết để giải quyết vấn đề bao gồm các kiến thức đã học và đang học, là kiến thức mà GV muốn HS áp dụng có thể là cả các kiến thức tự tìm hiểu thêm ví dụ như cách ngoài thực tế mà người ta đã sử dụng tương tự sau đó HS đề xuất, đưa ra những ý tưởng, giải pháp giải quyết vấn đề Ở hoạt động này HS có thể đề xuất dưới nhiều hình thức khác nhau như vẽ hình, sơ đồ đơn giản minh họa, mô tả cách làm

Lựa chọn giải pháp Sau hoạt động 2 HS đã có các ý tưởng, HS có thể

thử các giải pháp, ý tưởng tuy nhiên cần phải cân nhắc những giới hạn ràng buộc, những giới hạn trong lớp học của chúng ta là thời gian, vật liệu Do đó các nhóm HS phải chọn cho mình một ý tưởng, giải pháp hợp lí nhất và lên kế hoạch một cách rõ ràng, chi tiết như phác thảo để giúp HS hình dung được những việc làm trước khi chế tạo Sau khi phác thảo kết thúc HS cần lên được danh sách nhiệm vụ cần làm và phân chia nhiệm vụ cụ thể cho các thành viên Chế tạo mô hình nguyên mẫu, thử nghiệm, đánh giá

Chế tạo mẫu : Sau khi lựa chọn được giải pháp HS thực hiện chế tạo

nguyên mẫu theo kế hoạch đã đề ra, nguyên mẫu có thể giống về kích thước hoặc nguyên bản nhỏ hơn hoặc chỉ vận hành giống đồ thật HS chỉ cần một vật mẫu để hiện thực hóa các phác thảo để kiểm tra những ý tưởng, những giải pháp cụ thể của mình hoạt động như thế nào Trong quá trình chế tạo GV cần lưu ý với HS như hoạt động làm việc nhóm, hợp tác với những việc làm của

18 lớp học như vật liệu, thiết bị, dụng cụ và thời gian GV cần quan sát hỗ trợ để đảm bảo HS có theo sát các kế hoạch ban đầu, HS có chuẩn bị bản phác thảo của mình và HS có đủ thời gian làm được vật mẫu của mình để mang đi thử nghiệm

Báo cáo và thử nghiệm : Sau khi hoàn thành được mô hình nguyên mẫu

thì HS sẽ mang đi thử nghiệm để kiểm tra xem thiết kế có đạt được như HS kì vọng hay không Quá trình thử nghiệm là quá trình bao gồm thử nghiệm liên tục, ghi nhận số liệu từ kết quả, những thay đổi khi HS thay đổi từng thông số Lưu ý mỗi lần chỉ được thay đổi một thông số duy nhất Điều quan trọng là HS được làm thử nghiệm, được đo đạc, được ghi chép, được kiểm tra số liệu để HS nhận ra những khác biệt sau mỗi lần thay đổi Bằng cách đó HS có thể nhìn thấy những sự khác biệt, HS sẽ bị làm cho tò mò và tự hỏi : có thể làm thế nào để cải thiện những sản phẩm của mình HS sẽ đưa ra đánh giá nguyên mẫu có đáp ứng được các tiêu chí ban đầu, có giải quyết được vấn đề

Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh Ở hoạt động này HS sẽ trình bày và thảo

luận về các sản phẩm đã được chế tạo trong nội bộ nhóm hoặc trước lớp Đây là lúc HS quan sát lớp với tất cả các hoạt động đang diễn ra và có thể tự đặt những câu hỏi liên quan : trong sản phẩm phần nào đã làm tốt, phần nào đã hoạt động tốt, vì sao nó hoạt động được ? những phần nào chưa tốt, liệu làm thế nào để nó được tốt hơn ? HS sẽ nhận những câu trả lời phần sau và ghi nhận ý kiến

19 đóng góp từ các nhóm, từ các trong nhóm Sau đó đánh giá ý kiến rồi chuyển sang điều chỉnh hoàn thiện thiết kế ban đầu và đưa ra sáng kiến mới cho những lần tới

1.6 Quy trình dạy học STEM dựa trên hoạt động thiết kế kỹ thuật trong Vật lí

Bài học STEM diễn ra theo quy trình thiết kế kĩ thuật, là một tiến trình linh hoạt đưa HS từ việc xác định một vấn đề hoặc một yêu cầu thiết kế đến sáng tạo và phát triển giải pháp; cho phép áp dụng linh hoạt các nội dung và phương pháp dạy học khác nhau vào tổ chức hoạt động dạy và học Tiến trình dạy học có thể chia thành 5 hoạt động (HĐ) chính (xem sơ đồ 1.2)

HĐ 1 Xác định vấn đề

Trong hoạt động này, GV giao cho học sinh một nhiệm vụ học tập, để hoàn thành nhiệm vụ được giao đòi hỏi học sinh phải vận dụng kiến thức của các môn học STEM để đề xuất, xây dựng giải pháp để làm ra một sản phẩm cụ thể theo các tiêu chí tiêu chí cụ thể

GV mô tả một tình huống (bối cảnh) có trong thực tiễn, trong đó có tiềm ẩn một nhu cầu, vấn đề mà HS cần giải quyết Trong HĐ này, HS trả lời được các câu hỏi: vấn đề hay nhu cầu

Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh

Sơ đồ 1.2 Mô tả quy trình bài học

STEM

20 cần giải quyết là gì; tại sao vấn đề hay nhu cầu đó cần giải quyết

HĐ 2 Nghiên cứu kiến thức nền và được đề xuất giải pháp

Mục đích của HĐ 2 là vận dụng các kiến thức đã học, để đề ra giải pháp (STEM vận dụng), đồng thời nhận biết được vai trò và ứng dụng của kiến thức trong thực tiễn Hoạt động này có thể được vận dụng phương pháp dạy học, khác nhau tùy thuộc bài học STEM thuộc chủ đề STEM kiến tạo hay STEM vận dụng Đối với bài học STEM kiến tạo, trong hoạt động này, GV sẽ không truyền thụ kiến thức mới cho học sinh theo cách truyền thống Thay vào đó, học sinh thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới sự hướng dẫn của giáo viên để chiếm lĩnh kiến thức mới, sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành Căn cứ vào mục đích của bài học STEM (STEM vận dụng hay STEM kiến tạo), GV lựa chọn phương pháp hướng dẫn HS cho phù hợp Trong

HĐ này, HS nêu ra được chức năng của các bộ phận, mô tả được nguyên lí hoạt

động bằng vẽ hình

HĐ 3 Lựa chọn giải pháp

Trong HĐ3, học sinh được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế kèm theo thuyết minh; đó là sự thể hiện cụ thể của giải pháp giải quyết vấn đề Từ sơ đồ nguyên lý đã vẽ ở HĐ 2, các nhóm HS vẽ bản thiết kế, sau đó trình bày, giải thích thiết kế của nhóm trước lớp GV đánh giá thiết kế của các nhóm, thống nhất lựa chọn một thiết kế khả thi nhất để chế tạo và thử nghiệm

HĐ 4 Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá

Học sinh tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện sau bước 3; trong quá trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánh giá Trong quá trình này, học sinh cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi Các nhóm HS tiến hành chế tạo thiết bị theo phương án

21 đã lựa chọn trong HĐ 3, vận hành thử và tự đánh giá, nêu ra được những ưu điểm, hạn chế của sản phẩm, dự kiến điều chỉnh thiết kế (nếu có)

HĐ 5 Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh

Các nhóm HS chỉnh sửa thiết bị (nếu có), báo cáo kết quả, vận hành sản phẩm đã chỉnh sửa, trao đổi thảo luận, các nhóm nhận xét, đánh giá sản phẩm của cả lớp, tiếp tục hoàn thiện sản phẩm (nếu có) Học sinh báo cáo sản phẩm, có thể là poster (áp phích), quy trình hoặc dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đã chế tạo theo các hình thức phù hợp [7]

1.7 Biểu hiện về kỹ năng của học sinh trong thực hiện chủ đề STEM Bảng 1.2 : Biểu hiện về kĩ năng của học sinh trong thực hiện chủ đề

STEM Năng lực học sinh Chỉ số hành vi và sản phẩm

1 Xác định vấn đề 1.1 Nêu ra được kiến thức Vật lí có liên quan

trong chủ đề 1.2 Hiểu được vấn đề cần giải quyết trong bài

2 Lựa chọn giải pháp (bản thiết kế)

2.1 Giải thích được bản thiết kế 2.2 Chọn được một bản thiết kế phù hợp 3.1 Lập được kế hoạch chế tạo mô hình theo bản

thiết kế đã chọn

22 3 Chế tạo mô hình Thử

nghiệm và đánh giá

3.2 Chế tạo được sản phẩm vận hành được trong

thực tế 4 Chia sẻ, thảo luận, điều

1.8.2 Phương pháp điều tra

- Tìm hiểu giáo viên : thông qua dự giờ, tham khảo giáo án, phiếu điều tra, phỏng vấn

- Tìm hiểu học sinh : thông qua phiếu điều tra, phỏng vấn trực tiếp, kết quả bài kiểm tra, dự giờ

- Quản lí của nhà trường : phỏng vấn trực tiếp, tham quan các phòng chức năng và cơ sở vật chất của nhà trường

1.8.3 Kết quả điều tra

23 Trong quá trình thực hiện đề tài chúng tôi đã tiến hành cuộc khảo sát một số GV đang công tác tại các trường THPT trên địa bàn thành phố Hà Nội

Kết quả cho thấy, trên tổng số 42 GV được hỏi có 78,6% đã tham gia lớp bồi dưỡng/ tập huấn về Dạy học theo hướng hình thành và phát triển năng lực cho học sinh, trong đó có khoảng 26,2% số GV được hỏi đã tham gia tập huấn 2 lần, 23,8% tập huấn 3 lần, 2,4% tập huấn 4 lần, 5 lần, 8 lần và còn 21,4% tập huấn 1 lần về Giáo dục STEM

Hầu hết các GV được hỏi đều quan tâm đến việc hình thành và phát triển năng lực cho HS (trong đó có 78,6% rất quan tâm và 21,4% quan tâm, không có GV nào không quan tâm) Tất cả các GV được hỏi đều cho rằng GD STEM sẽ góp phần hình thành và phát triển NL Vật lí cho HS

Khi được hỏi về những phương pháp, công cụ và hình thức được sử dụng để hình thành và phát triển năng lực năng lực cho HS hiện nay, thì đa số GV được hỏi đều sử dụng phương pháp dạy học GQVĐ (chiếm 83,3%), công cụ GV sử dụng nhiều nhất là tạo ra những tình huống có vấn đề (88,1%) và hình thức được hầu hết các GV sử dụng là cho HS làm việc theo nhóm (92,9%), dạy học thông qua thí nghiệm, thực hành cũng được khá nhiều GV sử dụng (76,2%) Ngoài ra GV còn sử dụng lồng ghép một vài hình thức khác như: GD STEM, hoạt động ngoại khóa (26,2%)

Khi được hỏi về những khó khăn thường gặp của việc hình thành và phát triển NL GQVĐ cho HS trong dạy học môn Vật Lí hiện nay chúng tôi thu được kết quả như sau: Khó khăn lớn nhất mà GV gặp phải đó là vấn đề HS: Năng lực của các em chưa đồng đều, chưa thực sự hứng thú với môn học, Bản thân GV cũng nhận thấy kinh nghiệm của mình trong GD STEM cho HS còn gặp nhiều hạn chế, ngoài ra còn thiếu nhiều những tài liệu hướng dẫn về phương pháp dạy học này Một vài ý kiến khác lại gặp khó khăn về nội dung chương trình, cơ sở vật chất Khi được hỏi về CTGDPT mới (2018) hầu hết các GV được hỏi đều

24 cho rằng để thực hiện được chương trình đó GV cần được tập huấn thêm, thay đổi các hình thức kiểm tra đánh giá và đổi mới sách giáo khoa Điều đó chứng tỏ GV cũng bắt đầu có sự nhìn nhận đúng đắn về CTGDPT mới

Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã tiến hành điều tra bằng phiếu khảo sát trên 430 học sinh của 2 trường THPT trên địa bàn Hà Nội, kết quả thu được như sau:

Khi được hỏi về cảm nhận của các em về các tiết Vật Lí thì số HS yêu thích môn học là không nhiều (chiếm 14,6%) và so với các môn học khác, đa số các em cho rằng môn Vật Lí khó hiểu (chiếm 51,5%) Phần lớn các em cho rằng sau mỗi bài học Vật Lí các em chỉ hiểu một phần (chiếm 75,4%) Tuy nhiên khi được khảo sát về các phương tiện và phương pháp dạy học GV thường sử dụng trong quá trình giảng dạy thì HS đều cho rằng chưa đáp ứng được nhu cầu học tập, đặc biệt là tổ chức cho học sinh vận dụng kiến thức Vật lí vào giải quyết các tình huống có trong thực tiễn đời sống còn thiếu

Kết luận chương 1

Trong chương 1 của luận văn, tôi đã trình bày tổng quan về cơ sở lí luận và thực tiễn của dạy học phần ‘Từ trường’ Vật lí 12- chương trình giáo dục 2018 theo định hướng giáo dục STEM Cụ thể là :

- Các nghiên cứu trong và ngoài nước về giáo dục STEM - Cơ sở lí luận về giáo dục STEM

- Dạy học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật trong Vật lí - Biểu hiện về kỹ năng, sản phẩm trong bài học STEM

- Tôi đã điều tra, phỏng vấn một số GV và HS ở một số trường THPT trên địa bàn Hà Nội về giáo dục STEM và vận dụng giáo dục STEM vào giảng dạy Từ đó thấy được tầm quan trọng của giáo dục STEM

25 qua việc vận dụng phương pháp giảng dạy trong các môn học nói chung và môn Vật lí nói riêng

Dựa vào cơ sở lí luận và thực tiễn đã tìm hiểu ở chương I Tôi đi xây dựng tiến trình dạy học phần Từ trường- Vật lí 12, được trình bày ở chương II

26

CHƯƠNG 2 : XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM

KIẾN THỨC VỀ TỪ TRƯỜNG – VẬT LÍ 12 2.1 Đặc điểm của phần Từ trường- Vật lí 12 chương trình giáo dục phổ thông 2018

2.1.1 Mục tiêu xây dựng 3 chủ đề STEM kiến thức về Từ trường a Kiến thức

- Nêu được các kiến thức Vật lí về từ thông, cảm ứng điện từ trong chủ đề

- Viết được công thức tính lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường

- Phát biểu được định nghĩa, viết được công thức của cảm ứng từ B và đơn vị của cảm ứng từ

- Thảo luận để thiết kế các phương án, lựa chọn phương án, thực hiện phương án, đo được (hoặc mô tả được phương pháp đo) cảm ứng từ bằng cân « dòng điện »

- Vận dụng biểu thức tính lực 𝐹 = 𝐵𝐼𝐿 𝑠𝑖𝑛𝜃 vào làm các dạng bài tập và làm ra các sản phẩm phục vụ cho đời sống sản xuất

- Giải thích rõ ràng được bản thiết kế mô hình sản phẩm - Biết tính toán kết quả từ các dữ liệu thu được từ thí nghiệm chính xác

nhất - Sử dụng kết quả thí nghiệm để rút ra các kết luận

b Kĩ năng

- Vẽ phác thảo được bản thiết kế của sản phẩm - Thực hiện các thí nghiệm từ đó xác định được hướng của lực từ tác dụng lên khung dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường

27 - Thực hiện được các thí nghiệm để mô tả được hiện tượng cảm ứng điện từ

- Giải thích được các ứng dụng đơn giản về hiện tượng cảm ứng điện từ - Chọn được bản thiết kế phù hợp với các tiêu chí đặt ra

- Lập được kế hoạch cụ thể để chế tạo sản phẩm theo bản thiết kế đã chọn - Chế tạo được sản phẩm vận hành được trong thực tế

- Tự đánh giá và đánh giá chéo (đánh giá đồng đẳng) để được kết quả cuối cùng Phát hiện được các sai sót, khó khăn và đề ra giải pháp khắc phục

c Thái độ

- Làm việc có kế hoạch và theo quy trình, kiên trì, cẩn thận, sáng tạo,

yêu thích vật lí

- Có ý thức tiết kiệm điện năng khi chế tạo và sử dụng đồ dùng điện

- Thực hiện nghiêm túc các quy định, biện pháp bảo vệ an toàn điện trong

phòng thí nghiệm cũng như trong quá trình chế tạo d Định hướng hình thành và phát triển kĩ năng của học sinh

- Kĩ năng vận dụng kiến thức vật lí vào đời sống

2.2 Xây dựng chủ đề dạy học Vật lí theo GD STEM

2.2.1 Chủ đề STEM động cơ điện một chiều

CHỦ ĐỀ STEM: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Thời lượng kiến thức: 3 tiết trên lớp Thể loại

Kiến tạo kiến thức Mức độ cơ bản Công nghệ đơn giản Môn học chủ đạo

Vật lí Nội dung Động cơ điện một chiều

Yêu cầu cần đạt: - Giải thích được động cơ điện một chiều là gì

và ứng dụng của nó trong đời sống hàng ngày

- Phát biểu định nghĩa, viết công thức và hiểu được ý nghĩa vật lý của từ thông

- Nêu được hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?

28 - Mô tả được sơ đồ cấu tạo và giải thích

nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều

Mô tả chủ đề:

Động cơ điện một chiều là thiết bị điện có tác dụng biến đổi điện năng thành cơ năng dựa vào nguyên lý cảm ứng điện từ và định luật về tác dụng của lực từ trường lên dòng điện

Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều dựa theo hiện tượng cảm ứng điện từ, khi ta cấp dòng điện một chiều vào khung dây dẫn đặt trong từ trường của nam châm nên tác dụng của lực từ 𝐹⃗⃗⃗ vào khung dây dẫn đoạn 1AB, lực từ 𝐹⃗⃗⃗⃗⃗ tác dụng lên đoạn CD Kết quả là lực từ 𝐹2 ⃗⃗⃗ , 𝐹1 ⃗⃗⃗⃗ làm cho khung 2dây quay quanh trục Vậy động cơ điện một chiều đã hoạt động

Các động cơ điện một chiều nói chung đều có tính thuận nghịch, tức là vừa có thể làm việc ở chế độ máy phát, vừa có thể làm việc ở chế độ động cơ Với chức năng phát điện, hiệu chỉnh điện áp, hiện nay động cơ điện một chiều đang được ứng dụng rộng rãi trong các hoạt động sinh hoạt cuộc sống cũng như trong công nghiệp, sản xuất Vậy nên việc chế tạo ra động cơ điện một chiều là rất cần thiết Với đam mê tìm hiểu và sự sáng tạo thì qua bài học này các em học sinh sẽ đóng vai trò là các nhà sáng chế để chế tạo ra động cơ điện một chiều

Yêu cầu đối với động cơ điện một chiều là: - Làm cho khung dây quay quanh trục - Có tính thẩm mỹ, độc đáo, sáng tạo Nội dung tích hợp: (Vận dụng kiến thức đã học) Công nghệ: Bản vẽ kĩ thuật, chọn được vật liệu phù hợp (vật liệu tái chế, dễ tìm) để thực hiện mô hình

29 Kĩ thuật: Quy trình thiết kế kĩ thuật, thao tác trên các dụng cụ, vật liệu khác nhau để tạo thành mô hình

Toán học: Đo đạc, tình toán kích thước, tỉ lệ các chi tiết trong mô hình, chi phí thực hiện mô hình

Tin học: Tìm kiếm thông tin trên internet

KẾ HOẠCH DẠY HỌC MỤC TIÊU

Sau bài học, học sinh cần đạt được những mục tiêu sau:

 Kiến thức: - Nêu được nguyên lí hoạt động của động cơ điện một chiều và ứng dụng

trong cuộc sống - Phát biểu được định nghĩa, viết được công thức và hiểu được ý nghĩa

vật lý của từ thông - Nêu được hiện tượng cảm ứng điện từ là gì - Mô tả được sơ đồ cấu tạo và nêu được nguyên lý hoạt động của động

cơ điện một chiều - Lập được kế hoạch thiết kế, vẽ, giải thích được sơ đồ cấu tạo của động

cơ điện một chiều - Thực hiện được quá trình chế tạo động cơ điện một chiều - Thử nghiệm và đánh giá được hiệu suất, mức độ phù hợp của động cơ

điện một chiều - Phán đoán được những lỗi kĩ thuật trong quá trình vận hành động cơ

điện một chiều, có thể tự sửa chữa và nâng cấp sản phẩm

 Thái độ: - Nghiêm túc, tự giác, hăng hái trong học tập - Tích cực tham gia các hoạt động trên lớp, đặc biệt là hoạt động gia

công chế tạo - Nghiêm túc, tuân thủ các quy tắc an toàn trong gia công

 Định hướng phát triển năng lực STEM trong hoạt động “Lắp ráp và vận hành mô hình động cơ điện một chiều:

30 - Năng lực khoa học(S): Vận dụng kiến thức bảo toàn, chuyển hóa năng

lượng, ý nghĩa từ thông, hiện tượng cảm ứng điện từ để chế tạo mô hình động cơ điện một chiều

- Năng lực công nghệ(T): sử dụng được các thiết bị như dao, kéo, súng bắn keo,… để lắp ráp mô hình động cơ điện một chiều Nêu được công dụng của các vật liệu như đèn vòng bi, cổ góp…

- Năng lực kỹ thuật (E): Đọc được kết cấu của mô hình động cơ điện một chiều, lắp và vận hành được động cơ điện một chiều

- Năng lực toán học (M): Tính toán được từ thông, ước lượng được hiệu điện thế dòng điện cấp vào khung dây để động cơ hoạt động được, đo đạc tính toán để chế tạo sao cho phù hợp

TIẾN TRÌNH CHUNG Thời gian thực hiện: 3 tiết trên lớp

Hoạt động

Mục tiêu Nội dung Học liệu Sản phẩm

học tập dự kiến

Buổi 1

• HĐ1: Xác định vấn đề• HĐ2:Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp

31 HĐ1

(5p) Buổi 1

+Nhận nhiệm vụ +Tiếp

nhận nhiệm vụ +Thống nhất tiêu chí sản phẩm

Hồ sơ học tập (Bao gồm tất cả các phiếu học tập và phiếu đánh giá) bìa Carton, súng bắn keo, keo nến, dây đồng, vỏ lon bia, vòng bi, nam châm, kéo

Bảng tiêu chí sản phẩm Bảng phân công nhiệm vụ của thành viên trong nhóm, hồ sơ học tập được ghi chép

HĐ2 (40p) Buổi 1

+Nêu được thế nào là động cơ điện một chiều và ứng dụng của động cơ trong cuộc sống

+Phát biểu được định nghĩa, viết công thức và hiểu ý nghĩa vật lý của từ thông

+Nêu được hiện tượng cảm ứng điện từ là gì

+Tìm hiểu kiến thức nền

+ Đề xuất bản thiết kế

Giấy A3, bút dạ, bút màu Máy tính để soạn bài trình chiếu (nếu yêu cầu dùng Powerpoint)

Phiếu học tập được thực hiện, giải pháp được đề xuất, hồ sơ học tập được ghi chép

HĐ3 20p Buổi 2

+HS thuyết trình, thảo luận nhóm và điều chỉnh

Phiếu đánh giá 1

Bản ghi nhận các điều chỉnh giải pháp thực hiện

32 phương án thiết kế HĐ4

(25p buổi 2) + (20p buổi 3)

Thiết kế và chế tạo được mô hình động cơ điện một chiều

Có ý thức hỗ trợ nhau trong quá trình làm việc nhóm

+Thực hành chế tạo sản phẩm +Thử nghiệm, đánh giá sản phẩm + Thảo luận nhóm

GV phát nguyên vật liệu cho các nhóm HS Thước kẻ, máy tính cầm tay HS tự chuẩn bị

Sản phẩm được chế tạo; hồ sơ học tập được ghi chép

HĐ5 25p Buổi 3

Thử nghiệm, điều chỉnh thiết kế, lí giải được những thay đổi so với thiết kế ban đầu

Thuyết trình, vấn đáp, phản biện, Thảo luận

Phiếu tiêu chí đánh giá sản phẩm 2

Hồ sơ sản phẩm nhóm được hoàn thành, bản ghi lại ý kiến, nhận xét đánh giá, ý tưởng cải tiến

NGUYÊN VẬT LIỆU CẦN CHUẨN BỊ